Первый в обители деревянный храм в честь Живоначальной Троицы был построен ее основателем преподобным Стефаном Махрищским в середине XIV века. Предположительно около 1358 г. святитель Московский Алексий благословил грамотой освящение деревянной церкви во имя Святой Живоначальной Троицы и учреждение при ней монашеской обители.

Спустя два века, при игумене Варлааме (будущем святителе Суздальском и Тарусском), на месте сгоревшего деревянного Троицкого храма был построен новый каменный. Деньги на его сооружение передал в 1557 году царь Иоанн Васильевич Грозный, облачения на престол пожертвовала царица Анастасия Романовна.  

При строительстве чудесным образом были обретены мощи преподобного Стефана Махрищского. Над святыми мощами в течение 1557-1558 годов была сооружена и освящена церковь в честь преподобного Стефана, ставшая северным приделом нового, строившегося собора.

В основном строительство Троицкого собора было окончено до 1570 года, но работы продолжались и после, о чем свидетельствует значительный вклад князей Глинских в 1578 году.

По окончании строительства собор представлял собой трехапсидный четырехстолпный одноглавый храм на подклете, к которому с юга и запада примыкали крытые паперти с крыльцами, а с севера – небольшой бесстолпный одноглавый четверик Стефановского придела.

Как свидетельствует опись 1642 года, на паперти храма находилось несколько колоколов: «…благовестный да четыре колокола поменьше…», здесь же упоминается о иконах из иконостаса Троицкого собора, некоторые из них сохранились до нашего времени:

• Воскресение Христово (Государственный Исторический Музей), XV век.
• Богоматерь с Младенцем Христом на престоле, архангелом Гавриилом и предстоящим в молении преподобным Сергием, XV век. (Государственный Исторический Музей),
• Троица Ветхозаветная - храмовый образ. Конец XV века. (Центральный музей древнерусской культуры и искусства имени Андрея Рублева),
• Иоанн Предтеча Ангел пустыни, XVI век. (Центральный музей древнерусской культуры и искусства имени Андрея Рублева).

За главным иконостасом в дьяконнике располагался небольшой придел в честь Владимирской иконы Богоматери.

К 1807 году Троицкий собор сильно обветшал. Его разобрали и иждивением митрополита Платона (Левшина) выстроили новый. 23 августа 1808 года, в день Отдания праздника Успения Пресвятой Богородицы, митрополит Платон освятил новый собор. Слово на освящение храма произнес молодой учитель красноречия и риторики Московской Духовной семинарии Василий Дроздов – будущий Святитель Филарет, митрополит Московский.

Главный храм обители во имя Живоначальной Троицы был сооружен по образу Преображенского храма Спасо-Вифанского монастыря. Троицкий собор был двухэтажным: в нижнем храме находился престол в честь свт. Иоанна Златоуста, в верхнем – во имя Святой Живоначальной Троицы. В верхний храм вели широкие лестницы, а сам он представлял собой круглую галерею на колоннах.

В 1848 году трудами братии и строителя иеромонаха Георгия был возобновлен пришедший в ветхость платоновский храм в честь Живоначальной Троицы.С западной стороны была разобрана "угрожающая падением" старая паперть и на ее месте, не изменяя фасада храма, сделана двухэтажная каменная пристройка со сводами, на южной стороне которой (более светлой и сухой) вверху разместилась ризная, а внизу библиотека. Заменены были иконостасы в нижней и верхней церквях.

В 1887 - 1890 годы при соборном храме Святой Троицы трудами игумена Амфилохия по проекту архитектора Александра Петровича Белоярцева была возведена новая трехъярусная колокольня.

Тщанием игумена Амфилохия и частично на его личные средства в Троицком соборе обновляются настенные росписи и иконостас, паперть под новой колокольней украшается изображениями Евангельских событий. Все живописные работы в монастыре выполняет с 1885 года александровский живописец Федор Дмитриевич Лавровский (1844-1927).

В ноябре 1904 года при строителе иеромонахе Олимпии было устроено водяное отопление в холодном Троицком храме. Это дало возможность служить здесь по праздникам в зимнее время. До этого богослужения совершались в теплой Стефановской церкви, ставшей к тому времени тесной.

Начало второго десятилетия 20-го века стало последним в жизни обители. В 1923 году монастырь был закрыт и разорен. В 1942 году Троицкий собор, колокольню и Стефановский храм взорвали, щебень от построек был использован на сооружение аэродрома в деревне Слободка Киржачского района.

В 1993 году на месте алтаря взорванного Троицкого собора был установлен крест. В настоящее время Троицкий собор на его прежнем месте не восстановлен. Действующий в обители храм Пресвятой Троицы - исторически приходская церковь преподобного Сергия Радонежского в Махринской подмонастырской слободе, переосвященная 15 августа 2010 года Святейшим Патриархом Московским и всея Руси Кириллом во имя Святой Живоначальной Троицы.